專利名稱：太陽能發(fā)電系統(tǒng)中蓄能元件的高效充放電方法
技術領域：
本發(fā)明屬于太陽能光伏發(fā)電技術領域，涉及太陽能發(fā)電系統(tǒng)中蓄能元件的高效充放電方法。
背景技術：
太陽能作為一種清潔的、沒有任何污染的能源，以及太陽能發(fā)電做為動力供應主要來源之一的可能性，已日益引起人們關注。相關專家預測，到本世紀后期，太陽能發(fā)電將在世界電能結構中占據(jù)80 %的位置。然而，由于技術問題，迄今商業(yè)化的光伏發(fā)電裝置/太陽能電池的價格太高、光電轉換效率過底。在城市電力系統(tǒng)中，高昂的一次性投資成本無疑更為光伏發(fā)電裝置/太陽能電池產(chǎn)品推廣增加了難度，大規(guī)模開發(fā)和利用光伏太陽能發(fā)電，提高電池的光電轉換效率和降低生產(chǎn)成本成為核心所在。因此，提高效率，降低成本，擴大規(guī)模成為現(xiàn)今開發(fā)、生產(chǎn)光伏發(fā)電裝置/太陽能電池的主題。太陽能獨立發(fā)電系統(tǒng)一般包括太陽能電池板，蓄能元件，控制電路等。其中，蓄能元件如蓄電池的作用是能把有限的電能儲存起來，在適當時候使用。蓄電池的工作原理是把化學能轉化為電能。研究發(fā)現(xiàn)電池充電過程對電池壽命影響最大，放電過程的影響較少。也就是說，絕大多數(shù)的蓄電池不是用壞的，而是“充壞”的。由此可見，蓄能元件充電和放電狀況的好壞，將直接影響到蓄電池乃至整個太陽能發(fā)電系統(tǒng)的電性能、效率及使用壽命。中國專利公開說明書CN200510134746. 2公開了一種自適應定流間歇脈沖限時充電方法，采用充/停交替進行的方式進行充電，停止充電時消除了歐姆極化和電化學極化， 濃差極化逐漸消除，當極化消除時，蓄電池端電壓會降低，降低到規(guī)定值時，又重新充電，此時充電效率會大大增加，充電最高電壓采取了溫度補償，即蓄電池溫度升高則自動降低最高充電電壓，蓄電池溫度降低則自動升高最高充電電壓。因此高溫季節(jié)可以減少析氣量，減少失水；低溫季節(jié)又可以充電更足；大電流充電有利于形成更緊湊的正極活性物質(zhì)骨架， 對正極活性物質(zhì)和表面的結構有良好影響；大電流充電形成的正極活性物質(zhì)由于來不及生長從而形成活性物質(zhì)的顆粒尺寸較小，活性物質(zhì)之間的連接較緊湊，從而有利于循環(huán)壽命延長。中國專利公開說明書CN200810058182. 2公開了一種光伏系統(tǒng)控制充放電方法， 該系統(tǒng)包括太陽電池組件，蓄電池，輸入電子開關，控制器，輸出電子開關，負載等部分。將太陽能光伏系統(tǒng)中的一組蓄電池，采用兩組容量為1/2原系統(tǒng)蓄電池并聯(lián)，太陽電池由充電控制器對兩組電池進行脈沖方式充電，首先脈沖電流對一組電池充電，在脈沖的間歇期對另一組蓄電池充電，如此循環(huán)，則太陽電池的發(fā)電被100%利用，兩組蓄電池又可以進行脈沖放電，形成智能化互補控制充放電。該法能改善蓄電池的使用維護條件，減輕酸霧對設施的腐蝕和對環(huán)境的污染，提高容量轉換效率，兩組蓄電池交替充放電，延長了蓄電池的使用壽命。
然而，這些公開的方法并不能最大限度地增強蓄電池的使用率，也不能最大限度地提高太陽能發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電能力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種太陽能發(fā)電系統(tǒng)中蓄能元件的高效充放電方法，以克服現(xiàn)有方法技術的不足。本發(fā)明的顯著優(yōu)點是本發(fā)明提供的方法簡便，可使太陽能發(fā)電系統(tǒng)中蓄能元件充電出氣量減少，充電徹底，又避免過充，延長蓄能元件使用壽命且使蓄電池極板不易彎曲而造成報廢；還可以避免蓄電池充電后期充電電流過大而造成極板活性物質(zhì)脫落和電能的損失，并最大限度地提高太陽能發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電能力。本發(fā)明所涉及的太陽能發(fā)電系統(tǒng)包括太陽能電池板，電容器，直流/直流轉換器， 蓄電池，半導體開關，控制電路；所涉及的蓄能元件包括蓄電池、電容器。本發(fā)明所涉及的太陽能發(fā)電系統(tǒng)中蓄能元件的高效充放電方法為在包括太陽能電池板，電容器，直流/直流轉換器，蓄電池，半導體開關，控制電路的太陽能發(fā)電系統(tǒng)中的太陽能電池板與一個或多個蓄電池的電路間連接一個直流/直流轉換器，由一微處理器操縱直流/直流轉換器及半導體開關((2)與(2a))來控制蓄電池的充放電、操縱半導體開關 ((7)與(7a))來控制電容器的充放電；其中，蓄電池充電過程采用二期充電法，即充電前期采用分段變電壓間歇充電，各段分別予以最佳充電電壓，獲得絕大部分充電量；充電后期采用定電壓充電段，獲得過充電量， 充電后期采用的電壓低于充電前期最后一段采用的電壓；蓄電池放電過程采用一期定壓放電法；蓄電池不能被充電時，由電容器接受太陽能電池板輸電，電容器放電過程采用一期定壓放電法。這樣，可以將蓄電池恢復至完全充電態(tài)并通過間歇停充，使蓄電池經(jīng)化學反應產(chǎn)生的氧氣和氫氣有時間重新化合而被吸收掉，使?jié)獠顦O化和歐姆極化自然消除，以致減輕了蓄電池的內(nèi)壓，使下一輪的恒壓充電能夠更加順利地進行，使蓄電池可以吸收更多的電量，也使蓄電池有較充分的反應時間，減少了析氣量，提高了蓄電池的充電電流接受率。在本發(fā)明的充電方法實施過程中，可針對光伏發(fā)電系統(tǒng)所采用的蓄電池種類，在充電前期采用分段變電壓間歇充電中采用電壓逐增、電壓逐減、電壓交替減增或電壓交替增減方式。微處理器控制蓄電池充放電的方式包括適時轉變充電以及間歇過程，通過實時控制充電間歇過程采集蓄電池端電壓或系統(tǒng)電路中電容器端電壓，當蓄電池達到預定的停充電壓時，通過半導體開關停止對蓄電池充電，使充電過程在預定的時間內(nèi)間歇，并再通過半導體開關調(diào)節(jié)蓄電池進入下一階段的充電過程。本發(fā)明中還涉及到在太陽能電池板與直流/直流轉換器的電路間連接一個電容器并由微處理器控制、使其至少具有在蓄電池不能被充電時接受太陽能電池板輸電的功能。電容器充電過程可以采用任一常規(guī)的充電法、放電過程采用一期定壓充電法。
電容器最好采用高容量的電容器，如最近幾年才興起的超級電容器，其功率性能比蓄電池要好，充電速度快，不存在過放的問題，且壽命長，充放電可以達到數(shù)十萬次，是一種綠色能源產(chǎn)品，并可焊接，因而不存在蓄電池那樣的不牢固現(xiàn)象。蓄電池包括鉛酸蓄電池，鎳氫蓄電池，鋰離子電池，鐵鎳蓄電池，金屬氧化物蓄電池，鋅銀蓄電池，鎳鎘電池，鈉硫蓄電池，鎳鋅蓄電池，鋅空氣蓄電池和聚合物鋰離子電池。 電路中最好對蓄電池采取過充、過放、過流、過熱、倒流保護。半導體開關包括任一類型的電子開關、電力電子開關、控制開關和半導體開關。負載包括相關用電設備、并網(wǎng)逆變器、變壓器和/或電網(wǎng)。


附圖是本發(fā)明所涉及的太陽能發(fā)電系統(tǒng)中蓄能元件的高效充放電方法的示意圖。
具體實施例方式下面通過具體實施方式
進一步說明本發(fā)明，但本發(fā)明并不限于在實施方式說明范圍內(nèi)。如附圖所示，本發(fā)明實施例中裝置包括太陽能電池板(1)，半導體開關(2)，半導體開關(2a)，直流/直流轉換器(3)，電容器(4)，微處理器(5)，驅動和保護模塊(6)，半導體開關(7)，半導體開關(7a)，蓄電池(8)，負載(9)。實施方式如附圖所示，太陽光(未圖示)從太陽能電池板(1)的表面射入，產(chǎn)生電能，由微處理器(5)指令半導體開關(2)導通電容器(4)與直流/直流轉換器(3)之間電路，根據(jù)電壓或其與電流反饋值計算比較等，以最佳化地進行太陽能電池板(1)的最大功率點追蹤， 并操縱直流/直流轉換器(3)及半導體開關(7)按照設定的各段最佳充電電壓，來控制蓄電池(8)的前期充電，按照設定的比前期最后一段電壓低的電壓，來控制蓄電池(8)的后期充電；操縱直流/直流轉換器(3)及半導體開關(7a)按照一期定壓放電法來控制蓄電池 (8)的放電。在蓄電池(8)被充滿或不能被充電時，微處理器(5)獲得信號，指令半導體開關 (2)導通電容器(4)，使電容器(4)接受太陽能電池板(1)的輸電而充電；或指令半導體開關(2a)按照一期定壓放電法來控制電容器(4)放電。
權利要求
1.太陽能發(fā)電系統(tǒng)中蓄能元件的高效充放電方法，其特征在于在包括太陽能電池板，電容器，直流/直流轉換器，蓄電池，半導體開關，控制電路的太陽能發(fā)電系統(tǒng)中的太陽能電池板與一個或多個蓄電池的電路間連接一個直流/直流轉換器，由一微處理器操縱直流/直流轉換器及半導體開關((7)與(7a))來控制蓄電池的充放電、操縱半導體開關((2) 與(2a))來控制電容器的充放電；其中，蓄電池充電過程采用二期充電法，即充電前期采用分段變電壓間歇充電，各段分別予以充電電壓，獲得絕大部分充電量；充電后期采用定電壓充電段，獲得過充電量，充電后期采用的電壓低于充電前期最后一段采用的電壓；蓄電池放電過程采用一期定壓放電法；蓄電池不能被充電時，由電容器接受太陽能電池板輸電，電容器放電過程采用一期定壓放電法。
2.根據(jù)權利要求1所述的太陽能發(fā)電系統(tǒng)中蓄能元件的高效充放電方法，其特征在于所述的蓄電池包括鉛酸蓄電池，鎳氫蓄電池，鋰離子電池，鐵鎳蓄電池，金屬氧化物蓄電池，鋅銀蓄電池，鎳鎘電池，鈉硫蓄電池，鎳鋅蓄電池，鋅空氣蓄電池和聚合物鋰離子電池。
3.根據(jù)權利要求1所述的太陽能發(fā)電系統(tǒng)中蓄能元件的高效充放電方法，其特征在于所述的充電前期采用分段變電壓間歇充電包括采用電壓逐增、電壓逐減、電壓交替減增或電壓交替增減方式。
4.根據(jù)權利要求1所述的太陽能發(fā)電系統(tǒng)中蓄能元件的高效充放電方法，其特征在于所述的微處理器控制蓄電池充放電的方式包括適時轉變充電以及間歇過程，通過實時控制充電間歇過程采集蓄電池端電壓或系統(tǒng)電路中電容器端電壓，當蓄電池達到預定的停充電壓時，通過半導體開關停止對蓄電池充電，使充電過程在預定的時間內(nèi)間歇，并再通過半導體開關調(diào)節(jié)蓄電池進入下一階段的充電過程。
5.根據(jù)權利要求1所述的太陽能發(fā)電系統(tǒng)中蓄能元件的高效充放電方法，其特征在于所述的電容器連接在太陽能電池板與直流/直流轉換器的電路間，由微處理器控制并使電容器至少具有在蓄電池不能被充電時接受太陽能電池板輸電的功能。
全文摘要
本發(fā)明涉及太陽能發(fā)電系統(tǒng)中蓄能元件的高效充放電方法，該方法包括在包括太陽能電池板，電容器，直流/直流轉換器，蓄電池，半導體開關，控制電路的太陽能發(fā)電系統(tǒng)中的太陽能電池板與一個或多個蓄電池的電路間連接一個直流/直流轉換器，由一微處理器操縱直流/直流轉換器及半導體開關((7)與(7a))來控制蓄電池的充放電、操縱半導體開關((2)與(2a))來控制電容器的充放電。
文檔編號H02N6/00GK102201679SQ20101012994
公開日2011年9月28日 申請日期2010年3月23日 優(yōu)先權日2010年3月23日
發(fā)明者劉文韜, 劉津平, 高霞 申請人:劉津平, 江西杰彼新能源有限公司